專利名稱：一種測量氣缸內(nèi)活塞位置的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及位置傳感器領(lǐng)域，用來測量氣缸內(nèi)活塞的位置，包括飛行器發(fā)動機(jī) 上使用的活塞。
背景技術(shù)：
對于位置傳感器，諸如主動式(電感式)統(tǒng)性位移傳感器(active (inductive) linear shift sensor)，所屬領(lǐng)域的人員可能更多熟悉其英文縮寫LVDT，意思為"線性可變 差分變壓器"，位置傳感器可以確定氣缸內(nèi)活塞的縱向位置。參考圖1 ， LVDT型傳感器100包括沿軸線100A固定到芯柱121上的活動式磁 鐵芯120，和由三個圓柱形線圈構(gòu)成的固定式變壓器110，這三個線圈與芯柱121 的軸線100A同軸，形成了一個初級繞組111和兩個次級繞組U2,113。在工作時， 芯柱121在其軸線100A上平移。磁鐵芯120通過磁感應(yīng)在繞組111， 112, 113間產(chǎn) 生電壓，該電壓與變壓器110內(nèi)的磁鐵芯120的位置成正比。傳感器內(nèi)芯柱121的 位置從而可以推算得知。參考圖2，人們己知在起重裝置(jack) 200中JOT LVDT型的傳感器。這種起 重裝置200包括氣缸201，其沿軸線200A延伸，活塞202在氣缸內(nèi)延伸，并在軸線 200A上平移運(yùn)行。活塞202在其下游端具有活塞頭202A，活塞頭的外徑對應(yīng)于氣 缸201的內(nèi)徑，傳統(tǒng)技術(shù)中都是這樣的。在本發(fā)明說明書的其余部分，上游(upstream)和下游(downstream)的概念 是相對于活塞202來定義的?；钊谄渖嫌味顺惺軅鲃恿?，而其下游部分則在氣缸 201內(nèi)移動。換句話說，上游側(cè)位于氣缸201的一側(cè)，活塞202經(jīng)由該側(cè)伸出。LVDT型傳感器的變壓器210固定在氣缸201的下游端，變壓器210的軸線與 氣缸201的軸線200A相一致。傳感器的磁鐵芯220安裝在芯柱221上，芯柱221 與活塞202 —體并且沿軸線200A延伸。由于磁鐵芯220與活塞202為一體，且變壓器210與氣缸201為一體，所以活 塞202在氣缸201內(nèi)的位置就可以從變壓器210內(nèi)磁鐵芯220的位置的測量結(jié)果推 斷得出。在航空航天領(lǐng)域，安全標(biāo)準(zhǔn)要求測量和監(jiān)測設(shè)備具有很高的可靠性。為此，為
了測量活塞在起重油缸(jack cylinder)內(nèi)的位置，就必須在起重裝置內(nèi)提供兩個 LVDT傳感器，這樣如果其中一個傳感器出現(xiàn)故障，另一個傳感器也可以進(jìn)行測量。
從法國FR2594515號專利中得知， 一種在起重裝置氣缸中測量活塞位置的裝置， 其包含兩個LVDT型位置傳感器。
圖3示出了這種裝置的功能剖面示意圖，該裝置安裝在起重裝置300上，起重 裝置300包含活塞302，活塞302可以沿軸線300A在氣缸301內(nèi)移動。支撐托盤 303橫向固定在空心活塞302內(nèi)。傳感器磁鐵芯320, 340安裝在兩個芯柱321, 341 上，固定在托盤303下游側(cè)的芯柱的上游端。芯柱321，341與軸線300A并行延伸， 磁鐵芯320， 340分別向變壓器310, 330方向呈同心延伸，變壓器310, 330固定在氣 缸301的下游端。
活塞302受驅(qū)動而在軸線300A上平移。此外，也可以繞軸線300A自由轉(zhuǎn)動。 為此，在法國FR25941515號專利所述的裝置中，圓環(huán)軸承350設(shè)置在托盤303和 活塞302之間，以便于使活塞302圍繞軸線300A受驅(qū)轉(zhuǎn)動，而不會引起托盤303 和磁鐵芯320， 340轉(zhuǎn)動。磁鐵芯320， 340在活塞302平移過程中保持與它們各自的 變壓器310, 330成一體并與其對正。因此，傳感器就可以測量氣缸301內(nèi)活塞302 的位置。
工作時，活塞302—般承受橫向力，使其能夠伸縮并能夠使芯柱321， 341伸縮， 且使得芯柱相對于氣缸301的軸線300A而偏離中心。那么，磁鐵芯320， 340就不 再相對于各自的變壓器310,330而對正中心，并因此而會損壞，導(dǎo)致傳感器壽命下 降，測量精度也會降低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是提供一種測量氣缸內(nèi)活塞位置的裝置，其包括兩個LVDT型 傳感器，以提供裝置的可靠性，其使得活塞可以圍繞其軸線自由轉(zhuǎn)動，且不會因?yàn)?活塞的任意彎曲而受至l照壞。
為此，本發(fā)明涉及一種測量氣缸內(nèi)活塞位置的裝置，該裝置沿軸線延伸，并且 包括至少兩個位置傳感器，位置傳感器分別包括
第一傳感器構(gòu)件，其與連接到活塞上的支撐托盤形成整體；
第二傳感器構(gòu)件，其與氣缸形成整體；每個傳感器的第一和第二構(gòu)件設(shè)置成可以沿著與氣缸軸線平行的軸線彼此相對 平移運(yùn)動，所述裝置的特征在于第一傳感器構(gòu)件與支撐托盤形成整體，該支撐托
盤通過球窩接頭連桿機(jī)構(gòu)(ball joint link)而連接到活塞上。
通過"球窩接頭連桿機(jī)構(gòu)"，可以理解為兩個構(gòu)件之間的連桿機(jī)構(gòu)，其具有3 個自由度的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，但沒有平移運(yùn)動。
使用本發(fā)明的裝置，可以在氣缸內(nèi)設(shè)置一個位置4專感器，而不將作用在活塞上 的橫向應(yīng)變力傳遞給該傳感器，與此同時，活塞保持可繞氣缸軸線而自由轉(zhuǎn)動。因 此，對氣缸內(nèi)活塞位置的測量是精確的，傳感器也沒有會損壞的風(fēng)險。
本發(fā)明克服了在兩個位置傳 裝置上發(fā)生的問題，但本發(fā)明還適用于具有兩 個以上傳感器的裝置。
此外，相對于法國FR2594515號專利所述裝置，軸承抑制(bearing suppression)
使裝置的維護(hù)保養(yǎng)變得容易因?yàn)榍蚋C接頭不容易被卡住。
本發(fā)明特別適用于起重裝置,但是它更普遍ite用于任何包括氣缸的裝置，在該 氣缸中活塞平移運(yùn)行并延伸。因此，本發(fā)明適用于，例如計(jì)量裝置，其包括兩個受 氣缸驅(qū)動的活塞，用于調(diào)節(jié)液體流速。這種計(jì)量裝置將在下面進(jìn)一步詳細(xì)介紹。
較佳地，位置傳感器是LVDT型傳感器。在這種情況下，第一構(gòu)件最好包括芯 柱，用來支撐磁鐵芯，第二傳感器構(gòu)件包括變壓器。
較佳地，球窩接頭連桿豐幾構(gòu)包括支撐在球形凸緣內(nèi)的球形體。該球形體可以與 活塞形成整體，也可以與第一傳感器構(gòu)件形成整體。
按照另一個實(shí)施例，球形凸緣可以壓接成與第一傳感器構(gòu)件形成整體的部件。
本發(fā)明還涉及包括氣缸、活塞和測量裝置的組件，正如上面所介紹的那樣，還 涉及包括這種組件的飛機(jī)發(fā)動機(jī)。
本發(fā)明還涉及起重裝置或者計(jì)量裝置。


下面參照附圖，并結(jié)合有關(guān)本發(fā)明裝置的最佳實(shí)施例的如下說明，可以更好地 理解本發(fā)明，附圖如下
圖1為LVDT型位置傳感器的局部分解透視示意圖2為已有技術(shù)測量裝置的方框圖3為已有技術(shù)另一個測量裝置的方框圖；圖4為本發(fā)明圖5所述實(shí)施例的測量裝置的方框圖；圖5為本發(fā)明帶有測量裝置的起重裝置的剖面圖；圖6為本發(fā)明另一個實(shí)施例所述帶有測量裝置的起重裝置的剖面圖。
具體實(shí)施方式
參照圖4，起重裝置包括沿X軸線延伸的氣缸1，活塞2就設(shè)置在該氣缸1內(nèi)， 該活塞2包括活塞頭2A，活塞頭2A的夕卜徑對應(yīng)于氣缸1的內(nèi)徑。起重裝置包括用 于測量活塞2相對于氣缸1的位置的裝置，該裝置包括兩個LVDT型位置傳感器3， 4。每個傳感器3，4包括一個磁鐵芯20， 40，如前所述，其與變壓器10,30相配合 工作。變壓器10，30在氣缸1內(nèi)沿軸線X縱向設(shè)置，并固定在氣缸的下游端。變壓 器10， 30封閉在保護(hù)套60內(nèi)，保護(hù)套60在氣缸1內(nèi)縱向延伸，且其下游端與氣缸 1的下游端固定成一整體。保護(hù)套60在活塞2內(nèi)同心延伸，并在其下游端包括保護(hù) 套60的通孔6。傳感器3， 4的每個磁鐵芯20,40都由一個芯柱21,41支撐，芯柱21 ， 41與軸線 X平行并與相應(yīng)的變壓器IO， 30對正，在該變壓器內(nèi)，芯柱設(shè)置成同軸延伸。芯柱 21, 41的上游端與支撐托盤31的下游側(cè)固定成一整體，支撐托盤31橫向設(shè)置在活 塞2內(nèi)。托盤31整體上呈一個圓盤形^t。參照圖5，活塞2為空心的，即它呈一種在氣缸1內(nèi)縱向延伸的護(hù)套的形狀。 支撐磁鐵芯20， 40的托盤31通過連接裝置(此處為球窩接頭連桿機(jī)構(gòu))與活塞2 相連，該連桿機(jī)構(gòu)在由活塞2形成的護(hù)套內(nèi)。因?yàn)橛星蚋C接頭連桿機(jī)構(gòu)50，托盤31 可以相對于活塞2進(jìn)行三個自由度的自由轉(zhuǎn)動，但是在軸線X上平移時其與活塞始 終保持成整體。此處的球窩接頭50包括球體51，其安裝在具有球殼形狀的球形凸緣52內(nèi)。所 屬領(lǐng)域的技術(shù)人員知道這種球形凸緣52，并將其稱之為術(shù)語"保持架"(cage)。其 功能就是支持球體51，在平移時與其保持整體，但轉(zhuǎn)動時可自由轉(zhuǎn)動。球體51與 活塞2構(gòu)成整體，而凸緣52與托盤31構(gòu)成整體。此處的球體51支撐著撥爪511 (finger)，該撥爪511在上游端延伸并與活塞2 固定成整體。球形凸緣52最好壓接到圓柱形部分37內(nèi)，后者從托盤31的上游側(cè)縱 向延伸到下游端，圓柱形部分37的自由端在球形凸緣52處向下折，以便于牢固地支持它。在對本發(fā)明所述裝置的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了介紹之后，下面介紹該裝置的操作和實(shí)施。 在起重裝置工作時，活塞2的上游端受驅(qū)動相對于氣缸1在軸線X上平移運(yùn)動。 與活塞2成一體的球體51做平移運(yùn)動；其驅(qū)動與其成一體的球形凸緣52，從而也驅(qū)動其所支撐的托盤31和磁鐵芯20,40 。因此，磁鐵芯20， 40在各自的變壓器10,30 內(nèi)沿軸線X平移，變壓器10,30與氣缸1形成整體。因此，可以根據(jù)傳感器3，4測 量的磁鐵芯30， 40在其變壓器10,30內(nèi)的位置，推斷出活塞2在氣缸1內(nèi)的位置。此外，活塞2可以圍繞其軸線X自由轉(zhuǎn)動。在轉(zhuǎn)動時，活塞2驅(qū)動球體51，而 后者在球形凸緣52內(nèi)自由轉(zhuǎn)動。沒有動作會被傳遞至磁鐵芯20,40，它們始終在其 各自的，器10,30內(nèi)保持對正。因此，球窩接頭連桿機(jī)構(gòu)50可以在活塞2圍繞其 軸線X轉(zhuǎn)動時避免傳感器3， 4產(chǎn)生錯位。在工作時，橫向力可能會額外施加給活塞2的上游部分，從而導(dǎo)致活塞2彎曲。 通過球體51在凸緣52內(nèi)轉(zhuǎn)動可對這種彎曲給予補(bǔ)償。沒有動作會被傳遞至磁鐵芯 20,40，它們始終在其各自的變壓器10,30內(nèi)保持對正。因此，當(dāng)在活塞2的上游端 被施加有橫向力時，球窩接頭連桿機(jī)構(gòu)50可以使傳感器3,4得到保護(hù)。當(dāng)起重裝置工作時，活塞2承受著會產(chǎn)生平移運(yùn)動的力、使其圍繞其軸線轉(zhuǎn)動 的力或者產(chǎn)生活塞2彎曲運(yùn)動的力。通過球窩接頭連桿機(jī)構(gòu)50，只有在氣缸l的軸 線X上的平移運(yùn)動被傳遞至磁鐵芯20,40。球窩接頭連桿機(jī)構(gòu)50 —般不會被卡住，因?yàn)榛覊m很少有可能^iS入到球形凸緣 52內(nèi)。在另一個實(shí)施例中，參考圖6，球體51'與托盤31形成整體，球形凸緣52'與活 塞2形成整體。球體51'包含軸孔X，螺絲531穿過該軸孔，螺絲531的下游端旋入 支撐著傳感器3,4的磁鐵芯20,40的托盤31內(nèi)。螺絲531的上游端被螺母532夾緊， 使得球體51'被固定在托盤31上。球形凸緣52'固定在活塞2上，并被夾緊在與活塞2成一體的螺母53和楔形體 54之間，楔形體54插在球形凸緣52，的下游部分上。上面介紹了本發(fā)明在起重裝置方面的應(yīng)用，但本發(fā)明還可以應(yīng)用于其它類型的， 帶有可在氣缸內(nèi)平移運(yùn)動的活塞的裝置，諸如計(jì)量裝置或飛機(jī)發(fā)動機(jī)，它們包含的 組件具有氣缸，活塞，以及如本發(fā)明所述的測量裝置。在計(jì)量裝置中，活塞移動在計(jì)量裝置的氣缸內(nèi)進(jìn)行平移運(yùn)動。兩個徑向孔設(shè)置在氣缸內(nèi)，分別形成了液體的入口和液體的出口?；钊▋蓚€塞頭(plugging head)，其外徑對應(yīng)于氣缸的內(nèi)徑，彼此同軸， 且通過軸彼it傻接，該軸受驅(qū)動沿氣缸軸線進(jìn)行平移運(yùn)動。在計(jì)量裝置的關(guān)閉位置， 塞頭完全插入孔內(nèi)，PM:液體流通。在打開位置，活塞在計(jì)量裝置的氣缸內(nèi)平移運(yùn) 動，從而使得孔局部或全部打開，形成了從入口到出口的W友體流通。因此，活塞的 平移可以"調(diào)節(jié)'或"計(jì)量'液體的流速。為了確定活塞的位置，與前述實(shí)施例相似，將支撐托盤橫向設(shè)置在活塞內(nèi)，托 盤支撐著兩個芯柱，在芯柱上分別安裝了LVDT型位置傳感器的磁鐵芯。這些磁鐵 芯分別與其各自的變壓器相對正，并且固定在計(jì)量裝置氣缸的下游端?；钊南掠?端上設(shè)有一個孔，供變壓器穿過。支撐托盤通過球窩接頭連桿機(jī)構(gòu)與活塞相連，球 體可以固定到活塞上，而球形凸緣則固定到支撐托盤上。本發(fā)明同樣適用于接近傳感器(proximity sensor)，諸如Pierro型電容式接近 傳感器、電感式接近傳感器、霍爾效應(yīng)傳感器、存在或紅外接近傳感器(presence or
權(quán)利要求
1.一種測量氣缸(1)內(nèi)活塞(2)位置的裝置，該裝置沿軸線延伸，并包括至少兩個位置傳感器器(3，4)，位置傳感器分別包括第一傳感器構(gòu)件(20，40)，其與連接到活塞上的支撐托盤(31)形成整體，第二傳感器構(gòu)件(10，30)，其與氣缸(1)形成整體，每個傳感器的第一和第二構(gòu)件設(shè)置成可以沿著與氣缸軸線平行的軸線彼此相對平移運(yùn)動，所述裝置的特征在于第一傳感器構(gòu)件(20，40)與支撐托盤(31)形成整體，該支撐托盤(31)通過球窩接頭連桿機(jī)構(gòu)(50)與活塞(2)相連。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于至少一個位置傳感戮3， 4)是LVDT 型傳感器。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于所述位置傳感器的第一傳感器構(gòu)件 包括支撐著磁鐵芯(20， 40)的芯柱(21)，第二傳感器構(gòu)件包括變壓戮IO， 30)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于球窩接頭連桿構(gòu)件-(50)包括支撐在球 形凸緣(52)內(nèi)的球俠51)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置,其特征在于:球形凸緣(52)與第一傳感器構(gòu)辨20,40) 形成整體。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于球形凸緣(52)被壓接至lj與第一傳感器 構(gòu)#(20， 40)形成整體的部辨37)內(nèi)。
7. —種包括根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣缸(l)、活塞(2)和測量裝置的組件。
8. —種包括根據(jù)權(quán)利要求7所述組件的飛機(jī)發(fā)動機(jī)。
9. 一種包括根據(jù)權(quán)利要求1所述測量裝置的起重裝置。
10. —種包括根據(jù)權(quán)利要求1所述測量裝置的計(jì)量裝置。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種測量氣缸(1)內(nèi)活塞(2)位置的裝置，該裝置沿軸線延伸，并且包括至少兩個位置傳感器(3，4)，該位置傳感器分別包括與連接到活塞(2)的支撐托盤(31)構(gòu)成整體的第一傳感器構(gòu)件(20，40)，與氣缸(1)構(gòu)成整體的第二傳感器構(gòu)件(10，30)，每個傳感器的第一和第二構(gòu)件都設(shè)置成可沿著與氣缸(1)軸線平行的軸線彼此相對平移運(yùn)動，所述裝置的特征在于第一傳感器構(gòu)件(20，40)與支撐托盤(31)形成整體，該支撐托盤通過球窩接頭連桿構(gòu)件(50)連接到活塞(2)上。使用本發(fā)明的裝置，可將位置傳感器設(shè)置在氣缸內(nèi)，而又不會使作用在活塞上的橫向應(yīng)變力傳遞到該傳感器上，同時，活塞可繞氣缸軸線自由轉(zhuǎn)動。
文檔編號G01B7/00GK101236064SQ20081000427
公開日2008年8月6日 申請日期2008年1月29日 優(yōu)先權(quán)日2007年1月29日
發(fā)明者丹尼爾·凱特勒, 亨利-羅格·萊克勒克, 讓-波爾·巴斯 申請人:伊斯帕諾-絮扎公司